4.1 被动运输（第一课时）课件(共69张PPT1个视频)-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修一

(共69张PPT)
细胞是一个开放的系统，系统的边界——细胞膜不仅是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。
细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？不同的物质跨膜运输的方式一样吗？这与细胞膜的结构有什么关系呢？
第四章 细胞的物质输入和输出
咸瓜子是盐分比较重的，盐与水分结合形成盐水，使口腔和粘膜细胞的细胞质浓度小于细胞外液的浓度，使细胞失水处于皱缩状态，所以会有干涩的感觉。
生活中我们会发现：
连续嗑盐瓜子时，你的口腔黏膜有什么感觉？为什么？
糖拌西红柿放置一段时间后，会出现很多“汁”,
“汁”中的水是哪来的？
用糖拌西红柿，则细胞外的糖分多，液体的浓度大于细胞内部浓度，则西红柿细胞就会失水。
4.1 被动运输 第1课时
水进出细胞的原理
本节聚焦
01
02
03
植物细胞的质壁分离与复原现象说明了什么？
水进出植物细胞的原理是什么？
细胞在什么情况下吸水和失水？
将一滴红墨水滴入一杯清水中
现象：
整杯清水变成了均匀的红色。
溶质：
高浓度→低浓度
扩散
分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
一段
时间
扩散：
红墨水分子
水分子
半透膜
一段
时间
如果在烧杯中间添加一块半透膜后会出现什么现象？
半透膜两侧液面出现了液面高度差。
01
渗透作用与渗透装置
问题探讨
在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如图所示现象。
倒置漏斗管内的液面升高了
玻璃纸
清水
半透膜：是一类可以让某些小分子物质通过而另一些大分子物质不能通过的多孔性薄膜。如鱼鳔、猪膀胱膜、玻璃纸。
玻璃纸能允许水分子自由通过，蔗糖分子则不能通过。
（半透膜）
蔗糖溶液
问题探讨
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
蔗糖分子
水分子
Q1:烧杯中的水分子能否进入漏斗中？
Q2：漏斗内的蔗糖分子和水分子是否会进入烧杯？
水分子是双向移动的
讨论1：
漏斗管内的液面为什么会升高？
单位时间从清水流入蔗糖溶液中
的水分子数
单位时间从蔗糖溶液流入清水中的水分子数
渗透作用：水分子或（其它溶剂分子）通过半透膜的扩散。
渗透现象与扩散的区别
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
图1 扩散
图2 渗透
半透膜
渗透作用方向：水分子从水的相对含量高的一侧向水的相对含量低的一侧的扩散。
扩散方向：分子从高浓度向低浓度。
渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
含水量高
半透膜
水（溶剂）
溶液浓度低(溶质含量低）
含水量低
溶液浓度高(溶质含量高）
含水量高 含水量低
流向
低浓度 高浓度
流向
渗透作用：水分子（或其它溶剂分子）透过半透膜的扩散。
归纳总结：渗透作用
渗透方向
低浓度溶液 高浓度溶液
渗透压
低渗透压 高渗透压
相对含量高 相对含量低
溶液浓度
水的含量
纱布
清水
蔗糖溶液
液面相等
因纱布不是半透膜，孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过。
漏斗液面不会升高
讨论2：
如果用一层纱布代替玻璃纸,漏斗管内的液面会升高吗
水分子
蔗糖分子
半透膜
蔗糖溶液
蔗糖溶液
液面相等
讨论3：
如果烧杯中是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样
水分子
单位时间透过玻璃纸进出水分子量相同，故漏斗管液面不变。
①具有半透膜
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
发生条件：
归纳总结：渗透作用
定义：水分子（或其它溶剂分子）透过半透膜的扩散。
半透膜
清水
蔗糖溶液
液面相等
液面上升
水柱的压强（向下）=
漏斗内渗透压（向上）
液面高度差H
漏斗液面不会无限升高
讨论4：
若果漏斗管足够长，漏斗管内的液面会无限升高吗？
漏斗液面不会继续上升
半透膜
清水
蔗糖溶液
液面相等
液面上升
液面高度差H
讨论5：
液面上升的高度由什么决定？
高度差由浓度差决定，浓度差越大，液面上升的越高。
半透膜
清水
蔗糖溶液
液面相等
液面上升
液面高度差H
讨论6：
如果漏斗管内的液面不再升高，半透膜两侧溶液的浓度大小一样吗？为什么？
不相等, 漏斗内溶液浓度仍然高；漏斗内液柱有竖直向下的压强。
课堂检测
1.判断正误：
(1)漏斗内液面升高的原因是：水分子只能通过半透膜进入漏斗内(　　)
(2)液面高度不再变化时，即达到渗透平衡状态，此时水分子不再进出半透膜(　　)
×
×
解析：两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
解析：当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
×
（3）渗透作用是扩散的一种特殊形式　　
√
（5）水分子进出达到平衡状态时，半透膜两侧的溶液浓度相同
（4）具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用
×
课堂检测
1.判断正误：
2.如右下图所示，在U形管中部C处装有半透膜，在a侧加入细胞色素(一种蛋白质)分子的水溶液(红色)，b侧加入蒸馏水，并使a、b两侧液面高度一致，经一段时间后，实验结果将是(　　)。
A. a b侧液面一致，b侧无色
B. a b侧液面一致，b侧红色
C. a侧液面低于b侧，b侧红色
D. a侧液面高于b侧，b侧无色
D
课堂检测
如果将装置中的漏斗换成动物细胞还会不会吸水？
水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗？细胞会发生什么样的变化？
水进出动物细胞的原理
2
水进出哺乳动物红细胞的示意图
思考讨论
外界溶液浓度 细胞质浓度
细胞吸水膨胀
外界溶液浓度 细胞质浓度
细胞形态不变
细胞失水皱缩
外界溶液浓度 细胞质浓度
<
>
=
将哺乳动物红细胞放入不同浓度氯化钠溶液中，一段时间后，观察实验现象。
外界溶液
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质基质
相当于
相当于
结果分析：细胞膜相当于半透膜
细胞质与外界溶液之间具有浓度差
实验说明：动物细胞可通过渗透作用吸水和失水
实验原理
思考·讨论
1. 红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？
不能，血红蛋白属于大分子，蔗糖分子。
2. 红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
水进出哺乳动物红细胞的原理
红细胞的细胞膜有选择透过性，相当于半透膜。
3. 当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
不一定，与外界溶液浓度相等时就不吸水了。
浓度差很大时会涨破，浓度差较小时不会涨破。
4. 红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
5. 想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
细胞内外溶液的浓度差。
使红细胞既不吸水涨破，也不失水皱缩，维持细胞正常的形态和功能。
大马哈鱼，既可以生活在海水中，也可以生活在淡水中。一生的大部分时间在高盐度的海水中生活，在生殖时期由海水经过河口区进入淡水水域产卵，受精卵在淡水中孵化。
与生活中的联系
与生活中的联系
当由淡水进入海水:
排水保盐，以免机体细胞在低浓度环境中吸水过多而涨破
由海水进入淡水:
排盐保水，使得机体不至 于失水过多而死亡。
生活中我们会发现：
将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺。
对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
盐腌制过的黄瓜,皱皱巴巴，还出水。
提出问题
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
03
水进出植物细胞的原理
请说出植物细胞和动物细胞在结构上的主要区别
叶绿体
细胞壁
大液泡
成熟植物的细胞结构
1.植物细胞的细胞壁能否控制水分或溶质分子进出细胞呢？
否，植物细胞的细胞壁是全透性的，水分或大部分溶质分子均可以自由地通过细胞壁。
成熟植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
成熟植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
细胞壁对细胞的失水无影响。细胞壁的伸缩性比较小，因有细胞壁的约束，即使细胞内外有浓度差，植物细胞也不能无限地吸水，即植物细胞不会吸水涨破。
2.植物细胞的细胞壁能否影响吸水与失水呢？
细胞壁（全透性）
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
提示：水分进出植物细胞主要是指水经过原生质层进出液泡，这一点与动物细胞有所区别。
成熟的植物细胞模式图
外界溶液
思考：能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？
自主学习：
请自主阅读课本P64-65的内容，观看视频思考下列问题:
实验：探究植物细胞的吸水和失水
(1)实验中选用了哪些溶液？
(2)所选的生物材料是什么？制作临时装片是怎么处理的？
(3) 实验中共用显微镜观察了几次，每次观察都用什么溶液处理？
(4) 实验中用显微镜的高倍镜还是低倍镜观察？
实验：探究植物细胞的吸水和失水
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
原生质层是否相当于半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
实验：探究植物细胞的吸水和失水
将植物细胞（洋葱外表皮细胞）浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。
预期结果
设计方案
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由通过，而蔗糖分子不能通过。
外界溶液浓度小于细胞液浓度
外界溶液浓度大于细胞液浓度
细胞失水（质壁分离）
细胞吸水（质壁复原）
实验：探究植物细胞的吸水和失水
实验:探究植物细胞的吸水与失水
(1)实验中选用了哪些溶液？
0.3g/ml
蔗糖溶液
0.3g/ml
蔗糖溶液
清水
清水
浓度＞细胞液
浓度＜细胞液
(2) 实验中所选的生物材料是什么？制作临时装片是怎么处理的？
紫色洋葱鳞片叶外表皮
撕片时要尽量薄，撕取后要放入载玻片上的清水中。
具有紫色大液泡，便于观察。
实验:探究植物细胞的吸水与失水
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
洋葱鳞片叶内表皮细胞是成熟植物细胞， 有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不明显。
实验材料
黑藻含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象。
进行实验
盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片
1
2
3
4
滴清水
撕取洋葱鳞片叶外表皮
低倍镜观察
①有一个______的中央大液泡
②原生质层紧贴___________
紫色
细胞壁
第一次观察结果：
6
低倍镜观察
实验步骤
5
在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引
7
在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引
8
低倍镜观察
重复几次
重复几次
第一次处理
第二次处理
①中央液泡逐渐_____，紫色逐渐______
②原生质层与细胞壁逐渐______
分离
变小
变深
①中央液泡逐渐_____，紫色逐渐_____
②原生质层逐渐_____细胞壁
紧贴
变大
变浅
第二次观察结果：
第三次观察结果：
(3) 实验中共用显微镜观察了几次，每次观察都用什么溶液处理？
滴0.3g/mL蔗糖溶液的状态
滴清水再观察状态
初始状态
自身前后对照
1
2
3
第一次对照
第二次对照
第一次观察
三次观察（均用低倍镜观察）
看液泡大小，
原生质层的位置
观察质壁分离
滴加蔗糖溶液后观察
第二次观察
再次滴加清水溶液后观察
第三次观察
观察质壁分离复原
(4) 实验中用显微镜的高倍镜还是低倍镜观察？
你观察到了什么现象呢？
第一次观察
a
滴加蔗糖溶液后观察
b
再次滴加清水溶液后观察
c
仅凭图c能否判断细胞细胞正在发生质壁分离？
不能，也可能正在发生质壁分离的复原
实验现象
液泡大小 液泡颜色 原生质层的位置 细胞大小
0.3 g/ml 蔗糖溶液b
清水c
变小
逐渐恢复原来大小
原生质层恢复原来位置
原生质层脱离细胞壁
基本不变
基本不变
变深
变浅
第二次观察
第三次观察
实验结论
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
细胞壁的伸缩性
原生质层的伸缩性
＜
外因：
外界溶液浓度
细胞液浓度
＞
内因
原生质层相当于一层半透膜
细胞渗透失水
质壁分离
质壁分离的概念：指原生质层和细胞壁发生分离的现象。
思考：质壁分离中“质”和”壁”分别指什么？
质指原生质层，壁指细胞壁。
质壁分离和质壁分离复原
质壁分离复原
1. 概念：
发生质壁分离的植物细胞因吸水，恢复为原来的状态。
2. 质壁分离复原的原因：
外界溶液浓度小于细胞液的浓度，细胞吸水
质壁分离和质壁分离复原
质壁分离复原
质壁分离
问题探讨
讨论1：为什么发生质壁分离及质壁分离复原的过程中，细胞大小基本不变？
植物细胞有细胞壁，细胞壁伸缩性较小。
讨论2：发生质壁分离的细胞，细胞壁和原生质层之间的溶液是什么？判断依据是什么？
细胞壁具有全透性
蔗糖溶液（外界溶液）
清水处理
正常状态
质壁分离
质壁分离现象更明显，但细胞失水过多死亡，加清水后不能复原。
蔗糖溶液
0.3g/ml的蔗糖
（3）本实验选用了0.3g/ml的蔗糖溶液，若外界溶液浓度过高对实验有什么影响？
过低对实验有什么影响？
质壁分离慢，效果不明显
质壁分离复原
（4）若将0.3g/ml的蔗糖换为一定浓度的KNO3（NaCl等）结果会如何？
资料：蔗糖是二糖不能被细胞吸收，质壁分离后滴加清水后才能复原；而K+和NO3+、Cl-可被植物细胞吸收。
能发生自动复原的溶液除KNO3 、NaCl ，还有尿素、甘油、葡萄糖溶液等。
在一定浓度的KNO3溶液中质壁分离后，细胞会主动吸收K+、NO3- ，细胞液浓度逐渐增大，细胞开始吸水，发生质壁分离后的自动复原。
醋酸溶液：无质壁分离及复原现象，因为醋酸能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。（盐酸、酒精溶液类似）
植物细胞的质壁分离和复原的条件
（1）活细胞，有细胞壁；
（2）细胞液与外界溶液存在浓度差，但是浓度差太大细胞会死亡；
（3）细胞必须有大的液泡，最好细胞液中含有色素，这样便于观察；
（4）自动发生质壁分离复原的物质：尿素、KNO3、NaCl、甘油。
细胞类型 动物细胞 成熟植物细胞
原理 条件 半透膜
半透膜两侧有浓度差
现象 a>b
a=b a细胞膜
原生质层
细胞质与外界溶液有浓度差（浓度分别为a、b）
细胞液与外界溶液有浓度差
（浓度分别为a、b）
吸水膨胀甚至涨破
吸水膨胀但不会涨破
细胞形态不变（动态平衡）
细胞皱缩
质壁分离
动植物细胞的吸水和失水比较
盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
质壁分离实验要选择对细胞无毒害作用，浓度适中的外界溶液；
在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。
(1)在实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察(　　)
(2)当质壁分离复原后，细胞液的浓度等于外界溶液浓度(　　)
(3)质壁分离过程中，洋葱鳞片叶外表皮细胞的紫色区域逐渐变小(　　)
(4)滴加盐酸可以观察到质壁分离自动复原实验(　　)
×
×
√
×
课堂检测
1.判断正误：
2.以下细胞可用于观察质壁分离的是（ ）
A. 动物细胞 B.死细胞
C.根尖分生区细胞
D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
E.紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞
F.黑藻叶片的叶肉细胞
没有细胞壁
细胞死亡，原生质层也失去伸缩性
未成熟细胞，没有大液泡
√ 有紫色大液泡，便于观察
√ 有大液泡，可以质壁分离，但细胞液没有颜色，要在外界溶液中加染料。
√
课堂检测
3、将发生质壁分离的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于清水中心发生的变化是( )
A.液泡的颜色逐渐变浅 B.细胞吸水直至涨破
C.原生质层逐渐增厚 D.细胞体积明显增大
A
4、有三个相邻的细胞 a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是a>b>c，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是（ ）
C
课堂检测
课堂检测
5、假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察，可以预测甲乙两细胞的变化是( )
A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B.甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原
C.只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原
D.甲乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原
B
质壁分离及复原现象的拓展应用
1.判断细胞的活性
2.测定细胞液浓度的范围
待测成熟植物细胞
镜检
不发生
质壁分离
活细胞
死细胞
一定浓度蔗糖溶液
发生
质壁分离
待测成熟植物细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间
3.比较不同植物细胞的细胞液浓度
4.比较几种未知浓度溶液的浓度大小
不同
植物细胞
同一浓度蔗糖溶液
镜检
判断细胞液浓度的大小
(时间越短，细胞液浓度越小)
同一植物的
相同成熟细胞
几种未知浓度的溶液
镜检
比较刚发生质壁分离时所需时间的长短、程度
比较质壁分离所需时间的长短、程度
发生质壁分离所需时间越短，程度越大未知溶液的浓度越大，反之则未知溶液的浓度越小
乙溶液：细胞失水发生质壁分离后自动复原
5.鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
成熟
植物细胞
不同种类
溶液
镜检
只发生
质壁分离
质壁分离
后自动复原
溶质不能透过原生质层（如蔗糖溶液）
溶质能透过原生质层被吸收（如KNO3溶液）
如一定浓度的甘油、尿素、葡萄糖、乙二醇、NaCl、KNO3溶液等，细胞吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
小结